減壓精餾塔底出料泵安裝高度的計算

史 航

減壓精餾塔底出料泵安裝高度的計算

史 航

（遼寧石化職業技術學院石油化工系，遼寧 錦州 121001）

汽蝕對泵的危害很大，防止泵的汽蝕不僅能提高設備的使用壽命，對降低生產運營費用也至關重要。本文以減壓精餾塔底出料泵為例，介紹了泵允許安裝高度的計算過程，保證塔內液面與泵進口高度差，避免塔底泵因發生汽蝕作用而損壞，又能保障生產裝置的正常生產安全平穩運行。

減壓塔；飽和蒸汽壓；泵；允許安裝高度

汽蝕又稱空化，是液體的特殊物理現象［1］。泵在運行過程中，由于某些原因使泵內局部位置的壓力降到液體在相應溫度下的飽和蒸汽壓力時，液體就開始汽化生成大量的氣泡，汽泡隨液體流向前運動，運動到壓力較高部位時，迅速凝結、潰滅［2］。泵內液流中汽泡的生成、潰滅過程涉及到物理、化學現象，這種現象稱為泵的汽蝕現象［3］。

離心泵在產生汽蝕條件下運轉，泵體震動并發生噪聲，流量、揚程和效率都明顯下降，嚴重時甚至吸不上液體［4］。為避免發生汽蝕，就應該設法是葉輪入口附近的壓強低于輸送溫度下液體的飽和蒸氣壓。通常，根據泵的抗汽蝕性能，合理地確定泵的安裝高度，是防止發生汽蝕的有效措施。本文結合工程實例介紹了碳酸二甲酯聯產丙二醇生產過程中，針對如何確定丙二醇減壓精餾塔底泵的安裝高度做了詳細的分析與計算。

1 工藝流程簡介

碳酸二甲酯采用酯交換生產工藝過程中，有附加值較高的丙二醇生成，反應方程式如圖1［5］。

圖1 碳酸二甲酯酯交換反應方程式

生成的丙二醇經過濾器過濾后，用輸送泵輸送到減壓精餾塔中，塔頂出料為甲醇，塔底產品為1，2-丙二醇和碳酸丙烯酯，其中1，2-丙二醇占約97%，碳酸丙烯酯占約3%，塔底溫度為約為161 ℃，塔內真空度為約為25 700 Pa。由于塔內為負壓操作且物料溫度較高，所以塔底輸送泵的安裝位置尤為重要，如果泵的安裝高度過高，會產生汽蝕，不僅會損壞泵本身，還會影響整個生產過程的連續性，所以在設計過程中，根據物料衡算確定了塔底泵的型式后，合理地確定泵的安裝高度，是防止發生汽蝕的有效措施。流程簡圖見圖2［6］。

2 泵安裝高度的計算

2.1 計算依據

以塔內的液面為基準面，列出塔液面0-0與泵入口1-1截面間的柏努利方程，得：

1/=0/-H-12/2-∑H(1)

為了避免汽蝕發生，液體經吸入管到達泵入口處所具有的壓頭（1/+12/2），不僅能液體推進葉輪入口，而且應大于液體在工作溫度下的飽和蒸氣壓頭P/，其差值為有效富余壓頭，常稱為有效汽蝕余量△，單位為m(液柱)。表達式為:

△h= （1/+12/2）-P/(2)

由（1）與（2）求得:

H=0/-P/-△h-∑H(3)

隨著泵的安裝高度增高，有效汽蝕余量△將減小。當△減小到允許汽蝕余量△相等時，則開始發生汽蝕，此時的安裝高度為最大允許安裝高度，以gmax表示。將式(3)改寫為:

gmax=0/-P/-△-∑H(4)

式中:0—塔內液面上方的壓力，Pa;

P—液體在工作溫度下的飽和蒸汽壓，Pa;

△—允許汽蝕余量，m;

∑H—吸入管路的壓頭損失，m。

為了保證泵的安全操作，不發生汽蝕，泵的實際安裝高度H必須低于或等于式（4）的計算值，即H≤Hmax。

2.2 計算過程

首先，需計算出該溫度下的飽和蒸汽壓，由于工程上的計算較為初略，混合物中含97%的丙二醇，可近似按純丙二醇計算其飽和蒸汽壓，所以，根據安托因方程，計算在輸送液體溫度下的飽和蒸汽壓公式為：

lnP=-/(+)

其中：P—物質的蒸汽壓，kPa；

— 絕對溫度，K。

通過《有機化合物試驗物性數據手冊》［7］查得溫度在△=318～461 K范圍內=7.91179；=2554.9；=-28.611，塔底溫度為161 ℃（434.15 K），符合此范圍內，可以應用此數據進行計算：

lnP=-/(+)

=7.91179-2554.9/405.539

=1.6112

P=40.905 kPa=40 905 Pa

將P代入上述的離心泵最大允許安裝高度計算式（4）Hmax=0/-P/-△-∑H

其中減壓塔內操作壓力為=25 700 Pa，混合物飽和蒸壓取=40 905 Pa，從離心泵的性能表中可以查得△為3 m，吸入管路的全部壓頭損失約為1.5 m，混合物的密度可由《石油化工基礎數據手冊》［7］近似按丙二醇的密度為884 g/m3,代入上述公式得：

Hgmax=P0/ρg-Pv/ρg-△h-Hf

=25700/(884×9.81)-40905/(884×9.81)-3-1.5

=-6.22 m

通常為了安全起見，考慮泵安裝高度的安全裕量，取-6.22-0.5=-6.72，所以，泵的安裝高度為塔內液面高于泵入口處6.72 m。

3 結 論

經實際生產檢驗，泵運行效果良好，從而證明了泵安裝高度較為合適。另外，當液體的輸送溫度較高或沸點較低時，由于液體的飽和蒸汽壓較高，就要特別注意泵的安裝高度。一般，生產過程中的工藝參數如操作溫度、壓力、流體的種類、流量在設計前就已確定，吸液管路的阻力直接影響泵的安裝高度，在吸液管路中設置的彎頭、閥門等管件越多，管路阻力越大，泵的入口壓力越低。因此，盡量減少一些不必要的管件或盡可能的增大吸液管直徑，減少管路阻力，也可以防止泵汽蝕產生。

［1］王華. 水泵汽蝕的產生、危害與預防[J]. 廣東農村實用技術，2012，(9)：44.

［2］袁歧，劉延民，董洪鑫. 水泵汽蝕的危害及預防措施[J]. 水利天地2004 (5)：39.

［3］姜莉莉. 離心泵汽蝕現象及實例分析[J]. 化學工程與裝備，2010，(4)：94-95.

［4］張啟壽. 離心泵的汽蝕現象[J]. 安徽化工，2010 (1)：64-66.

［5］滕文彬. 提高酯交換法聯產丙二醇產品質量及收率的研究[D]. 山東：中國石油大學(華東)，2010.

［6］楊曉宏. 碳酸二甲酯生產中碳化脫鹽工藝優化的研究[J]. 當代化工，2011，40(9)：963-965.

［7］盧煥章 馬沛生，等. 石油化工基礎數據手冊[M]. 北京：化學工業出版社，1982.

Calculation of the Installation Height of Discharge Pump at the Bottom of Decompression Distillation Column

(Liaoning Petrochemical College of Vocational Technology, Liaoning Jinzhou 121001, China)

Cavitation erosion can cause heavy damage to the pump; avoiding the cavitation damage not only can improve service life of pump, but also can reduce the production cost. In this paper,calculation process of theallowable installation height of pump was introduced with the discharge pump of decompression distillation column bottom as an example. The key point of the calculation method was put forward to determine the height difference between inlet height of pump and fluid level in distillation column in order to avoid cavitation damage of pump and insure the normal operation of the equipments.

decompression distillation column; saturated vapor pressure; pump; allowable installation height

2016-11-21

史航（1980-），男，講師，碩士，遼寧省錦州市人，2008年畢業于沈陽化工學院化學工程專業，研究方向：精細化工。

TQ 052

A

1004-0935（2017）01-0076-03